JP2010010574A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体素子の傾きおよびヒートスプレッダに対する半導体素子の位置を、簡易かつ安価に制御することができる半導体装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】ヒートスプレッダ１３上には、溶融したはんだの不要な広がりを防止するために、半導体素子１１の周囲を取り囲むように溶融したはんだの流れを堰き止めるはんだダム２５がヒートスプレッダ１３の表面に対して突設されている。はんだダム２５のうち、矩形状の半導体素子１１の４隅部の各隅部の間に位置する辺部に面する辺部領域２５１が半導体素子１１の辺部の近傍に沿うように該辺部に対して平行に形成されている。また、はんだダム２５のうち、半導体素子１１の隅部に面する隅部領域２５２が半導体素子１１の隅部から離れて形成され、はんだ（溶融したはんだ）の一部が半導体素子１１の各隅部外方に広がるように、はんだ溜り部Ｐを形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体素子を用いた半導体装置およびその製造方法に関するものであり、特にパワー半導体素子を用いた半導体装置にあって、パワー半導体素子下にヒートスプレッダを設けた半導体装置およびその製造方法に関する。

近年、ハイブリッド車や電気自動車に代表されるＣＯ_２削減の環境対策技術でパワーエレクトロニクス技術が注目されている。自動車にとどまらず、モータ駆動を利用する移動体や補助ロボットなど多様な分野で電動制御用パワーエレクトロニクス技術が必要となっている。これら移動体用途では、エレクトロニクスモジュールの小形・軽量化が必要不可欠であり、パワーモジュール化技術はその目的を達成する有用な技術となっている。

パワーモジュール化技術では、小形・軽量化を達成するために搭載する複数の半導体チップ（半導体素子）からの熱を効率良く外部に逃がす構造設計が必要となっている。このため、半導体チップの直下に、放熱性の高いブロック状の金属部材等から形成されるヒートスプレッダを敷き、ヒートスプレッダ付きの半導体チップを回路基板上に実装することが行われている。また、このヒートスプレッダと半導体チップは、やはり放熱性を阻害しないようにはんだ材料による金属接合が一般に行われている。

ここで、はんだを用いて半導体チップとヒートスプレッダを接合する従来方法として、はんだ箔を半導体チップの位置決め用冶具に置き、水素雰囲気下のリフロー炉中ではんだ箔を溶融、固化するはんだ箔を用いた接合方法や、はんだダイボンダーなどの自動機を用いてはんだリボンを供給しながら半導体チップを定位置にスクラブボンドする接合方法などが、個別半導体部品の製造に使われている。

しかし、カスタム設計の多い半導体装置の製造では、多様なチップ種類への対応が必要であり、よりフレキシブルで安価な製造方法が求められていた。そこで、発明者は、フレキシブルな製造方法としてより広く実装に利用されているクリームはんだによる半導体チップの実装に早くから取り組み、その応用を図ってきた。

クリームはんだ法は簡便で安価な製造を提供できる反面、上記したはんだ箔やはんだダイボンダーを用いた接合方法に比べて実装精度に劣る欠点を有していた。その原因としては以下の点が挙げられる。(i)クリームはんだはメタルマスクを使って印刷することで供給されるが、メタルマスクの精度やクリームはんだの粒子径、および印刷時の印刷条件によってはんだ量が大きくばらつくことが挙げられる。また、(ii)はんだ箔を用いた方法や、はんだリボンを使った自動機による方法では、はんだ中にフラックスを含有させる必要がないのに対し、クリームはんだ法では、はんだにフラックスを含有させる必要がある。このため、はんだ溶融時にフラックスが気化飛散して、はんだ自体が流動または揺動することが挙げられる。上記(i),(ii)の結果、半導体チップの位置ずれや傾きなどを生じさせ、半導体チップの電極と、回路基板等の外部装置とを結線するワイヤーボンデイングに支障をきたし、ひいては半導体チップにダメージを与える場合があった。

また、半導体装置の信頼性において当該はんだ接続部は重要な要素となっている。ヒートスプレッダに対する半導体チップの位置やはんだの厚みはヒートスプレッダへの熱伝導性を左右するため重要であることに加え、はんだ厚みは半導体チップとヒートスプレッダの熱膨張係数の違いによる熱応力を吸収する役割もあるため、その厚み管理は信頼性寿命を確保するために重要な要素となっている。

そこで、従来より、はんだの厚みを一定にする工夫がなされている。例えば、特許文献１に記載の半導体素子搭載用基板では、半導体素子をマウントする基板上に、半導体素子を支えるための支持台（突起部）を設けて半導体素子の傾きを防止している。また、特許文献２に記載のチップ実装構造では、ベアチップに設けたバンプと干渉しない位置に、バンプよりも融点が高い材料で形成されたスペーサを設けてバンプ溶融時におけるベアチップの傾きを防止している。さらに、特許文献３に記載の半導体装置では、半導体チップの上面主電極の周囲を取り囲んで主電極面より背高なダム形状のはんだレジスト層を形成した上で主電極に金属部品をはんだ接合することで、溶融はんだの不要な広がりを防止している。

特開平９−２６０４２９号公報 実開平４−１２７６４９号公報 特開２００６−２７８４４１号公報

しかしながら、特許文献１、２に記載される技術のように、突起部やスペーサを設けて半導体素子の傾きを防止する場合には、突起部やスペーサの高さ方向における寸法精度が直接に半導体素子の傾きに影響する。そのため、突起部やスペーサの加工には極めて高い加工精度が要求される。また、このような厳格な加工精度の要求は、コストアップの要因ともなる。よって、簡易かつ安価に半導体素子の傾きを防止する観点からみると現実的な対応ではなかった。さらに、これら特許文献１、２に記載される技術では、たとえ半導体素子の傾きを防止することができても、ヒートスプレッダに対する半導体素子の位置を制御することはできなかった。

また、特許文献３に記載の技術によれば、簡易かつ安価にはんだの不要な広がりを防止して所要厚さのはんだ層を形成することができるが、半導体素子の傾きおよびヒートスプレッダに対する半導体素子の位置を十分に制御することはできなかった。その結果、半導体素子と外部装置との結線に支障をきたしたり、半導体素子にダメージを与えるおそれがあった。

この発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、半導体素子の傾きおよびヒートスプレッダに対する半導体素子の位置を、簡易かつ安価に制御することができる半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

この発明は、ヒートスプレッダと、該ヒートスプレッダ上にはんだで接続される矩形状の半導体素子とを備えた半導体装置であって、上記目的を達成するため、ヒートスプレッダ上で、半導体素子の周囲を取り囲むようにヒートスプレッダ表面に対して突設された、溶融したはんだの流れを堰き止めるはんだダムをさらに備え、はんだダムのうち、半導体素子の４隅部の各隅部の間に位置する辺部に面する辺部領域が半導体素子の辺部の近傍に沿うように該辺部に対して平行に形成され、半導体素子の隅部に面する隅部領域が半導体素子の隅部から離れて形成され、半導体素子の各隅部外方に、互いに同一形状のはんだ溜り部を形成したことを特徴としている。

このように構成された発明では、はんだダムがヒートスプレッダ上で、半導体素子の周囲を取り囲むようにヒートスプレッダ表面に対して突設され、溶融したはんだの流れを堰き止める。これにより、はんだの不要な広がりを防止してはんだの厚みを一定にすることができる。しかも、はんだダムのうち、半導体素子の４隅部の各隅部の間に位置する辺部に面する辺部領域が半導体素子の辺部の近傍に沿うように該辺部に対して平行に形成され、半導体素子の隅部に面する隅部領域が半導体素子の隅部から離れて形成され、半導体素子の各隅部外方に、互いに同一形状のはんだ溜り部を形成している。このため、はんだ溜り部に存在する溶融したはんだの表面張力により、半導体素子の４隅部の各々が外方に向けて引っ張られ、ヒートスプレッダに対する半導体素子の自己位置が補正される（以下「はんだによる半導体素子のセルフアライメント作用」という）。ここで、各はんだ溜り部は互いに同一形状に形成されていることから半導体素子が均等に引っ張られ、半導体素子を所望の搭載位置に位置決めするように半導体素子の自己位置が補正される。また、このように半導体素子のセルフアライメント作用が発揮されることで、半導体素子の傾きも補正される。

さらに、上記したはんだダムによれば、はんだによる半導体素子のセルフアライメント作用により半導体素子の傾きと位置を補正しているため、はんだダムの形状が直接に半導体素子の傾きと位置に影響することがない。すなわち、突起部やスペーサのように、高さ方向における寸法に厳格な精度が要求されることはなく、簡易かつ安価に半導体素子の傾きとともに位置を補正することができる。したがって、この発明によれば、半導体素子の傾きおよびヒートスプレッダに対する半導体素子の位置を、簡易かつ安価に制御することができる。

ここで、はんだダムの辺部領域における半導体素子の外縁からはんだダムまでの距離（以下「辺部距離」という）を０〜０．２ｍｍに設定する一方、はんだダムの隅部領域における半導体素子の頂点から外方に該頂点を通る対角線方向に伸びる直線とはんだダムが交わる点までの距離（以下「隅部距離」という）を１〜３ｍｍに設定するのが好ましい。上記のように辺部距離を設定することで、ヒートスプレッダに対する半導体素子の位置ずれを防止することができる一方、上記のように隅部距離を設定することで、はんだによる半導体素子のセルフアライメント作用を好適に発揮させることができる。

さらに、半導体素子の傾きを防止する観点からは、後述するはんだの毛管長（約２．３ｍｍ）で規定されるはんだの周縁部には半導体素子が搭載されないようにすることが好ましい。そこで、隅部距離については、２ｍｍ以上であることがさらに好ましい。

また、はんだ溜り部が大きくなりすぎると、はんだダムの辺部領域による半導体素子の位置ずれ防止作用が好適に発揮できない状態になり、半導体素子の位置ずれ（特に回転による位置ずれ）が発生するおそれが高まる。このため、はんだによる半導体素子のセルフアライメント作用を発揮させながらも、半導体素子の位置ずれを確実に防止する観点からは、半導体素子の一辺の長さをＬとしたとき、はんだダムの辺部領域の長さをＬ／２以上とし、残余を隅部領域とすることが好ましい。

また、この発明は、上記目的を達成するため、ヒートスプレッダ上に搭載する矩形状の半導体素子を準備する準備工程と、ヒートスプレッダ上で、半導体素子の搭載位置の周囲を取り囲むように樹脂材を塗布してはんだダムを形成するダム形成工程と、はんだダムの内側にはんだを印刷するはんだ印刷工程と、印刷されたはんだ上に半導体素子を搭載する素子搭載工程と、はんだダムによりはんだの流れを堰き止めつつはんだを溶融、固化して半導体素子をヒートスプレッダにはんだ付けするはんだ付け工程とを備え、ダム形成工程では、はんだダムのうち、半導体素子の４隅部の各隅部の間に位置する辺部に面する辺部領域が半導体素子の辺部の近傍に沿うように該辺部に対して平行に形成され、半導体素子の隅部に面する隅部領域が半導体素子の隅部から離れ半導体素子の各隅部外方に、互いに同一形状のはんだ溜り部が形成されるように、はんだダムを形成することを特徴としている。

このように構成された発明では、ヒートスプレッダ上で、半導体素子の搭載位置の周囲を取り囲むように樹脂材を塗布してはんだダムが形成される（ダム形成工程）。そして、はんだダムの内側にはんだが印刷され(はんだ印刷工程）、印刷されたはんだ上に半導体素子が搭載された後（素子搭載工程）、はんだダムによりはんだの流れを堰き止めつつはんだが溶融、固化されて半導体素子がヒートスプレッダにはんだ付けされる（はんだ付け工程）。ここで、ダム形成工程では、はんだダムのうち、半導体素子の４隅部の各隅部の間に位置する辺部に面する辺部領域が半導体素子の辺部の近傍に沿うように該辺部に対して平行に形成され、半導体素子の隅部に面する隅部領域が半導体素子の隅部から離れ半導体素子の各隅部外方に、互いに同一形状のはんだ溜り部が形成されるように、はんだダムが形成される。このため、はんだ付け工程にて、はんだによる半導体素子のセルフアライメント作用が発揮され、半導体素子の傾きと位置が補正される。しかも、上記したはんだダムによれば、はんだダムの形状が直接に半導体素子の傾きと位置に影響することがない。すなわち、突起部やスペーサのように、高さ方向における寸法に厳格な精度が要求されることはなく、簡易かつ安価に半導体素子の傾きとともに位置を補正することができる。したがって、この発明によれば、半導体素子の傾きおよびヒートスプレッダに対する半導体素子の位置を簡易かつ安価に制御することができる。

ここで、はんだダムを簡易かつ安価に形成する観点からは、樹脂材として熱硬化性レジストをヒートスプレッダ上に印刷し（レジスト印刷工程）、熱硬化性レジストを加熱硬化させる（熱硬化工程）のが好ましい。

また、レジスト印刷工程では、インクジェット法を用いて２０〜１００μｍの線幅で熱硬化性レジストを印刷するのが好ましい。この方法によれば、所望の位置、形状にはんだダムを容易に形成することができる。しかも、熱硬化性レジストの線幅を２０〜１００μｍに設定することで、無駄なく、安定してはんだダムを形成することができる。すなわち、線幅を２０μｍ以上とすることで熱硬化性レジストを途切れず、安定して形成するとともに、線幅を１００μｍ以下とすることで、材料（レジスト材）の無駄を省き、ランニングコストの低減を図ることができる。

本発明によれば、半導体素子の傾きおよびヒートスプレッダに対する半導体素子の位置を、簡易かつ安価に制御することができる。

図１はこの発明にかかる半導体装置の一実施形態を示す図である。この半導体装置１は、パワー半導体チップなどの半導体素子１１と、該半導体素子１１からの熱を拡散させるヒートスプレッダ１３と、半導体素子１１の電極とボンディングワイヤ２１で接続された金属製の回路基板１５とを備える。ヒートスプレッダ１３は、放熱性を考慮してブロック状の金属部材で形成されている。

半導体素子１１とヒートスプレッダ１３、およびヒートスプレッダ１３と回路基板１５とは放熱性を阻害しないようにそれぞれ、はんだ２３、２４を用いて金属接合される。ヒートスプレッダ１３上には、溶融したはんだの不要な広がりを防止するために、半導体素子１１の周囲を取り囲むように溶融したはんだの流れを堰き止めるはんだダム２５がヒートスプレッダ１３の表面に対して突設されている。なお、回路基板１５上の全ての構成部材はトランスファーモールド法やポッティング法などにより樹脂２７で封止されている。

図２は図１の半導体素子の要部を示す部分構成図である。より詳しくは、図２（ａ）は平面図であり、図２（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。図２（ａ）に示すように、はんだダム２５のうち、矩形状（平面視で正方形または長方形）の半導体素子１１の４隅部の各隅部の間に位置する辺部に面する辺部領域２５１が半導体素子１１の辺部の近傍に沿うように該辺部に対して平行に形成されている。また、はんだダム２５のうち、半導体素子１１の隅部に面する隅部領域２５２が半導体素子１１の隅部から離れて形成されている。すなわち、隅部領域２５２は、辺部領域２５１に比べて半導体素子１１の外縁から離間して設けられている。このため、半導体素子１１とヒートスプレッダ１３とを接合するはんだ（溶融したはんだ）の一部が半導体素子１１の各隅部外方に広がるように、はんだ溜り部Ｐを形成する。半導体素子１１の各隅部外方に形成されたはんだ溜り部Ｐは互いに同一形状となっている。この実施形態では、各はんだ溜り部Ｐが略円形となるように形成している。

このようにはんだダム２５が形成されることによって、はんだ溜り部Ｐに存在する溶融したはんだ２３の表面張力により、半導体素子１１が４隅部の各々が外方に向けて均等に引っ張られ、ヒートスプレッダ１３に対する半導体素子１１の自己位置が補正される。さらに、このようなはんだによる半導体素子１１のセルフアライメント作用により、半導体素子１１の傾きも補正される。

この実施形態では、半導体素子１１として、例えば２〜２０ｍｍ角のサイズのパワー半導体チップが用いられる。そして、このような半導体素子１１に対して、以下に示す寸法ではんだダム２５が形成される。すなわち、この実施形態では、辺部領域２５１における半導体素子１１の外縁からはんだダム２５までの距離（辺部距離）Ｄ１は０〜０．２ｍｍに設定される一方、隅部領域２５２における半導体素子１１の頂点から外方に該頂点を通る対角線方向に伸びる直線Ｓとはんだダム２５が交わる点までの距離（隅部距離）Ｄ２は１〜３ｍｍに設定されている。上記のように辺部距離Ｄ１が設定されることで、ヒートスプレッダ１３に対する半導体素子１１の位置ずれを防止することができる一方、上記のように隅部距離Ｄ２が設定されることで、はんだ２３による半導体素子１１のセルフアライメント作用を好適に発揮させることができる。

図３に隅部距離と半導体素子の傾きとの関係を示す。より具体的には、図３は、隅部距離Ｄ２を０、１、２、３（ｍｍ）と変化させたときの半導体素子１１の傾きを計測した実験結果を示す。図４は半導体素子の傾きを説明するための図である。図４から明らかなように、半導体素子１１の傾きは、ヒートスプレッダ１３の表面（上面）に対する半導体素子１１のはんだ接合面（下面）の角度を表す。ここで、図４では、半導体素子１１の傾きを説明するため、実際に比較して傾き度合いを誇張して描いている。なお、辺部距離Ｄ１は０．２（ｍｍ）として一定値に設定している。

図３から明らかなように、隅部距離Ｄ２を１〜３（ｍｍ）とすることにより、はんだ溜り部Ｐを設けない場合に比較して半導体素子１１の傾きが抑制されていることが分かる。より詳しくは、隅部距離Ｄ２を１〜３（ｍｍ）とすることにより、半導体素子１１の傾きを上限規格値（１．０ｄｅｇ．）の範囲内に収めることができる。特に、隅部距離を２（ｍｍ）以上にすることで、半導体素子１１の傾きが０．４（ｍｍ）内に抑えられていることが分かる。隅部距離を２（ｍｍ）以上にすることで半導体素子１１の傾きが抑制されることについてははんだの毛管長に関する以下の考察からも裏付けられる。

図５ははんだの毛管長を説明するための図である。毛管長は次のように定義される。すなわち、滴（はんだ滴）が大きくなると、滴の中央部では表面張力より重力の影響が主となるため、滴の表面は水平になる。このとき、滴の周縁部において表面張力の影響が現れる周辺距離（水平方向において滴の外縁から内方に重力で平坦化した領域に至るまでの距離）が毛管長とされる。ここで、はんだの毛管長κは、以下のように計算される。ここで、λは表面張力、ρは密度、ｇは重力加速度である。

上記式（１）に、はんだの表面張力λ＝０．４５（Ｎ／ｍ）、はんだの密度ρ＝８８９０（ｋｇ／ｍ^３）、重力加速度ｇ＝９．８（ｍ／ｓ^２）を代入して、はんだの毛管長κを求めると、約２．３ｍｍとなる。よって、隅部距離Ｄ２を２ｍｍ以上とすることで、はんだが平坦化した領域に半導体素子１１を搭載することが可能になる。これにより、はんだによる半導体素子１１のセルフアライメント作用を発揮させながらも、半導体素子１１の傾き確実に防止することができる。

なお、はんだ溜り部Ｐが大きくなりすぎると、はんだダム２５の辺部領域２５１による半導体素子１１の位置ずれ防止作用が好適に発揮できない状態になる。その結果、半導体素子１１の位置ずれ（特に回転による位置ずれ）が発生するおそれが高まる。このため、はんだによる半導体素子１１のセルフアライメント作用を発揮させながらも、半導体素子１１の位置ずれを確実に防止する観点からは、はんだダム２５の辺部領域２５１と隅部領域２５２とを次のように設定することが好ましい。すなわち、半導体素子１１の一辺の長さをＬとしたとき、はんだダムの辺部領域２５１の長さをＬ／２以上とし、残余を隅部領域２５２とすることが好ましい。

次に、図１の半導体装置の製造方法について図６を参照しつつ説明する。先ず、ヒートスプレッダ１３と半導体素子１１とを準備する（準備工程；ステップＳ１）。そして、ヒートスプレッダ１３上に、半導体素子１１の搭載位置の周囲を取り囲むように熱硬化性レジスト（樹脂材）を塗布する（レジスト印刷工程；ステップＳ２−１）。

ここで、熱硬化性レジストの塗布方法としてシルクスクリーンなどの接触印刷法を用いることができるが、高精度にはんだダム２５を形成する観点からは、インクジェット法を用いて２０〜１００μｍの線幅で熱硬化性レジストを印刷するのが好ましい。この方法によれば、所望の位置、形状にはんだダム２５を容易に形成することができる。しかも、熱硬化性レジストの線幅を２０〜１００μｍに設定することで、無駄なく、安定してはんだダム２５を形成することができる。すなわち、線幅を２０μｍ以上とすることで熱硬化性レジストを途切れず、安定して形成するとともに、線幅が１００μｍを超えてもはんだを溜める効果に差がないことから線幅を１００μｍ以下とすることで、材料（レジスト材）の無駄を省き、ランニングコストの低減を図ることができる。また、熱硬化性レジストは、図２に示すように、隅部領域２５２が辺部領域２５１に比べて半導体素子１１の搭載位置から離れて形成される。

その後、熱硬化性レジストを加熱硬化（加熱温度：１５０℃、加熱時間：１ｈ）させる（熱硬化工程；ステップＳ２−２）。これにより、半導体素子１１の搭載位置の周囲を取り囲むように、かつ半導体素子１１の各隅部外方にはんだ溜り部Ｐが形成される（ダム形成工程）。続いて、ヒートスプレッダ１３上にクリームはんだを印刷する（はんだ印刷；ステップＳ３）。クリームはんだは、はんだダム２５の内側に印刷される。すなわち半導体素子１１の搭載位置のみならず、半導体素子１１の各隅部外方に形成されたはんだ溜り部Ｐにもクリームはんだが印刷される。そして、半導体素子１１を印刷されたクリームはんだ上に搭載する（素子搭載工程；ステップＳ４）。その後、半導体素子１１とヒートスプレッダ１３とをリフローはんだ付け（加熱温度：２５０℃、加熱時間：２０ｓ）する（はんだ付け工程；ステップＳ５）。

このとき、はんだダム２５により溶融したはんだの流れが堰き止められ、はんだの不要な広がりを防止してはんだの厚みが一定となる。しかも、半導体素子１１の各隅部外方に、互いに同一形状のはんだ溜り部Ｐを形成しているので、各はんだ溜り部Ｐに存在する溶融したはんだの表面張力により、半導体素子の４隅部の各々が外方に向けて均等に引っ張られ、半導体素子１１を所望の搭載位置に位置決めするように半導体素子１１の自己位置が補正されるとともに、半導体素子１１の傾きも補正される。そして、このようなはんだによる半導体素子１１のセルフアライメント作用を発揮させつつ、半導体素子１１とヒートスプレッダ１３とがはんだ接合される。つまり、はんだが固化する。こうして、ヒートスプレッダ付き半導体素子が完成する。

次に、上記のように作成したヒートスプレッダ付き半導体素子を回路基板１５に実装する。先ず、回路基板１５を準備する（ステップＳ１１）。回路基板１５としては、例えば熱伝導性の良好な、アルミニウムをベースとした金属基板が用いられる。そして、準備した回路基板１５上にクリームはんだを印刷する（ステップＳ１２）。続いて、印刷されたクリームはんだ上にヒートスプレッダ付き半導体素子を搭載する（ステップＳ１３）。通常、回路基板１５上に複数のヒートスプレッダ付き半導体素子が搭載される。その後、ヒートスプレッダ付き半導体素子と回路基板１５とをリフローはんだ付け（加熱温度：２５０℃、加熱時間：２０ｓ）する（ステップＳ１４）。

次に、半導体素子１１の電極と回路基板１５とをボンディングワイヤ２１で結線する（ステップＳ１５）。最後に、回路基板１５上の構成部材を保護するために、トランスファーモールド法やポッティング法などにより封止樹脂２７により樹脂封止する（ステップＳ１６）。こうして、半導体装置１が完成する。

以上のように、この実施形態によれば、はんだダム２５のうち、辺部領域２５１が半導体素子１１の辺部の近傍に沿うように該辺部に対して平行に形成され、隅部領域２５２が半導体素子１１の隅部から離れ半導体素子１１の各隅部外方に、互いに同一形状のはんだ溜り部Ｐが形成されるように、はんだダム２５を形成している。このため、はんだによる半導体素子１１のセルフアライメント作用が発揮され、半導体素子１１の傾きと位置が補正される。しかも、上記したはんだダム２５によれば、突起部やスペーサのように、高さ方向における寸法に厳格な精度が要求されることはなく、簡易かつ安価に半導体素子１１の傾きとともに位置を補正することができる。したがって、半導体素子１１の傾きおよびヒートスプレッダ１３に対する半導体素子１１の位置を簡易かつ安価に制御することができる。

また、上記のようにして半導体素子１１の傾きを防止することは、半導体素子１１とヒートスプレッダ１３との間のはんだ厚みが均一に形成されるたことを意味する。仮にはんだ厚みが小さすぎる場合には、熱応力ではんだにクラックが入りやすく、信頼性寿命が短くなることが知られている。一方、はんだ厚みが厚すぎる場合には、はんだ部分での熱抵抗が増加して、パワー耐量は低くなり、やはり信頼性に悪影響を及ぼす。したがって、上記したはんだによる半導体素子１１のセルフアライメント作用による、はんだ厚みの均等化技術によれば、簡便で信頼性の高い半導体装置およびその製造方法を提供することができる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では、各はんだ溜り部Ｐが略円形となるように形成しているが、はんだ溜り部Ｐの形状はこれに限定されない。すなわち、半導体素子１１の各隅部外方に、互いに同一形状となるように設ける限りにおいては、はんだ溜り部Ｐの形状として矩形や角形など任意の形状を採用することができる。例えば、はんだ溜り部Ｐの形状として、図７に示すように、半導体素子１１の各隅部外方に、矩形状の半導体素子１１の対角線方向に放射状に伸びる形状（星形）を採用することができる。この構成によれば、はんだ溜り部Ｐの面積を増大させることなく、比較的小さな面積で隅部距離Ｄ２を長くすることができる。

また、上記実施形態では、クリームはんだを印刷する前にはんだダム２５をヒートスプレッダ１３上に形成しているが、これに限定されず、クリームはんだの印刷後にはんだダム２５をヒートスプレッダ１３上に形成してもよい。要は半導体素子１１とヒートスプレッダ１３とをはんだ付けする前にはんだダム２５を形成すればよい。

また、上記実施形態では、ヒートスプレッダ１３の回路基板１５への実装はヒートスプレッダ１３上に半導体素子１１を実装した後（ヒートスプレッダ付き半導体素子の完成
後）に行っているが、これに限定されず、ヒートスプレッダ１３上に半導体素子１１を実装する前にヒートスプレッダ１３を回路基板１５に実装してもよい。この場合には、通常、回路基板１５上の複数箇所にヒートスプレッダ１３が実装されている状態で、ヒートスプレッダ１３上にはんだダム２５を形成するため、シルクスクリーン法では、はんだダム２５の位置精度を確保することは困難である。しかしながら、この場合であっても、インクジェット法を用いてはんだダム２５を形成することにより、各ヒートスプレッダ１３上に高精度にはんだダム２５を形成することができる。

半導体素子下にヒートスプレッダを設けた半導体装置およびその製造方法に適用される。一般に端子電極を２以上有する部品（例えば、抵抗チップなど）では、両電極下のはんだが引っ張りあうことでセルフアライメント作用があることが知られているが、本発明が対象としている半導体素子では１つの下面電極しかないため、はんだによるセルフアライメント作用は期待できないとされていた。しかし、本発明によれば、このような半導体素子をヒートスプレッダ上に実装する際にも、はんだによるセルフアライメント作用を生じさせ、半導体素子の傾きを抑制することが可能となっている。

この発明にかかる半導体装置の一実施形態を示す図である。 図１の半導体素子の要部を示す部分構成図である。 隅部距離と半導体素子の傾きとの関係を示す図である。 半導体素子の傾きを説明するための図である。 はんだの毛管長を説明するための図である。 図１の半導体素子の製造方法を示すフローチャートである。 はんだダムの形状の変形例を示す図である。

符号の説明

１…半導体装置
１１…半導体素子
１３…ヒートスプレッダ
１５…回路基板
２３，２４…はんだ
２５…はんだダム
２５１…辺部領域
２５２…隅部領域
Ｄ１…辺部距離
Ｄ２…隅部距離
Ｐ…はんだ溜り部

Claims (7)

1. ヒートスプレッダと、該ヒートスプレッダ上にはんだで接続される矩形状の半導体素子とを備えた半導体装置において、
   前記ヒートスプレッダ上で、前記半導体素子の周囲を取り囲むように前記ヒートスプレッダ表面に対して突設された、溶融したはんだの流れを堰き止めるはんだダムをさらに備え、
   前記はんだダムのうち、前記半導体素子の４隅部の各隅部の間に位置する辺部に面する辺部領域が前記半導体素子の辺部の近傍に沿うように該辺部に対して平行に形成され、前記半導体素子の隅部に面する隅部領域が前記半導体素子の隅部から離れて形成され、
   前記半導体素子の各隅部外方に、互いに同一形状のはんだ溜り部を形成したことを特徴とする半導体装置。
2. 前記辺部領域における前記半導体素子の外縁から前記はんだダムまでの距離が０〜０．２ｍｍである一方、前記隅部領域における前記半導体素子の頂点から外方に該頂点を通る対角線方向に伸びる直線とはんだダムが交わる点までの距離が１〜３ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
3. 前記隅部領域における前記半導体素子の頂点から外方に該頂点を通る対角線方向に伸びる直線とはんだダムが交わる点までの距離が２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
4. 前記半導体素子の一辺の長さをＬとしたとき、
   前記辺部領域の長さをＬ／２以上とし、残余を前記隅部領域としたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置。
5. ヒートスプレッダ上に搭載する矩形状の半導体素子を準備する準備工程と、
   前記ヒートスプレッダ上で、前記半導体素子の搭載位置の周囲を取り囲むように樹脂材を塗布してはんだダムを形成するダム形成工程と、
   前記はんだダムの内側にはんだを印刷するはんだ印刷工程と、
   印刷されたはんだ上に前記半導体素子を搭載する素子搭載工程と、
   前記はんだダムによりはんだの流れを堰き止めつつはんだを溶融、固化して前記半導体素子を前記ヒートスプレッダにはんだ付けするはんだ付け工程と
   を備え、
   前記ダム形成工程では、前記はんだダムのうち、前記半導体素子の４隅部の各隅部の間に位置する辺部に面する辺部領域が前記半導体素子の辺部の近傍に沿うように該辺部に対して平行に形成され、前記半導体素子の隅部に面する隅部領域が前記半導体素子の隅部から離れ前記半導体素子の各隅部外方に、互いに同一形状のはんだ溜り部が形成されるように、前記はんだダムを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
6. 前記ダム形成工程は、
   前記樹脂材として熱硬化性レジストを前記ヒートスプレッダ上に印刷するレジスト印刷工程と、
   前記熱硬化性レジストを加熱硬化させる熱硬化工程と
   を有することを特徴とする請求項５記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記レジスト印刷工程では、インクジェット法を用いて２０〜１００μｍの線幅で前記熱硬化性レジストを印刷する請求項６記載の半導体装置の製造方法。

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